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人类能盖出1万米高的摩天大楼吗?建筑技术是否有瓶颈?

2020-08-14 13:32阅读(66)

人类能盖出1万米高的摩天大楼吗?建筑技术是否有瓶颈?:目前来说肯定不行,遥远的未来就不清楚了。世界上目前最高的建筑也就是沙特阿拉伯的哈利法塔,也才1000米

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目前来说肯定不行,遥远的未来就不清楚了。世界上目前最高的建筑也就是沙特阿拉伯的哈利法塔,也才1000米出头,就已经面临了很多的技术难题,更何况是比它高出十倍?!那接下来,笔者尝试着回答一下,如有不足或错误,还请大神一一指正,谢谢(*°?°)=3

关键一:高度10000米所处环境怎么样?

当建筑物的建筑高度达到10000米时,人类还可以像日常生活一样在其中生活吗?答案是否定的!!那么,我们来说说我们现在生活的环境中所存在的几个基本因素,举个例子来说,像温度、气压、氧气含量都是我们最常听到的词语。

1、所处环境的温度

那我们讲一下温度吧!当建筑物高度达到10000米时,相当于距离地面10公里的高度。初高中的地理曾有提及海拔每上升100米,温度会下降0.6℃,10000米也就是100个100米,也就是下降60℃。

并且这个距离内属于地球大气层中的对流层(对流层高度是从海拔地平面起向上16公里,对流层又可以分为下中上三层,每层具体范围如下)。那也就是说这个建筑顶部已处于对流层上层,简而言之位于对流层上层的建筑部分(建筑上半部分4000米范围)气温常年在0℃以下,除此之外还会附带有强风带的急流,可以建造这部分建筑所需材料〔必须可以承受各种水平作用(或荷载)〕的强度、刚度、稳定性等性能也许远超目前科技所能到达的程度。也就是一般或者现有的特殊材料也许都抵挡不了。

不仅如此,又因为其高度跨越对流层下中上三层,建筑物建造所需材料差异性极大。综合以上来说这个单方面是实现不了的。

2、所处环境的气压与氧气含量

相信很多人应该看过《中国机长》这部电影,或者是听过川航8633航班这一事件吧!不知道大家还记不记得,里面有一幕就是当飞机挡风玻璃破裂后,三名飞机驾驶员使用氧气面罩吸氧,当时飞机高度还高于4000米,不仅仅如此,后面还有一幕那就是三名驾驶员在飞机降高降到3000多米时才摘下了氧气面罩。

这也就很形象生动的为我们说明了我们人类所能生存的最重要的条件——氧气!!

地球上人类可以正常呼吸的极限高度是在距地面高度4000米。但是一般来说人们在距地面3000~4000米时呼吸已经开始趋于困难!也就是说当高度达到一定的程度下,由于大气气压降低,人们产生呼吸困难等症状,如果长时间得不到充分的氧气供给身体,可能会导致昏迷休克等现象。因此,一般达到海拔一定高度时,人们就会借助氧气瓶等工具进行吸氧。有去过西藏旅游的人们可能更有亲身体验,其实和高原反应是相类似的。

假设建筑高度超2000米以上,那么室内要开始增压,要不然人们在室内也会开始觉得不适;在3000米以上时则需要进行室内进一步增压,相类似的每隔一定高度就要进一步增压,当室内楼层不一样时压强增加不同会引起差异性变大,建筑物的材料性能会面临极大的挑战!

因此从这一点来说也是不可能的!

关键二:建筑上可实现10000米吗?

我们说完10000米高空所处环境后,那我们来看看在现有的科技条件技术水平下可以实现这一建筑高度吗?我个人觉得不行。以下列举一些个人看法。

1、建筑基础与地基

目前我们定义超高层建筑是指建筑高度大于100米的建筑,像我们日常生活中所熟悉的上海环球金融中心、金茂大厦、台北101大厦等都属于超高层建筑范围内,其中目前世界最高的便是哈利法塔。

超高层建筑的基础与地基必须要有足够的承载力、稳定性和变形能力。单承载力一点而言,超高层建筑的自重就十分巨大了,再加上其他活荷载与可变荷载、偶然荷载等作用下,10000米的建筑则要求基础与地基的承载力则是一个十分巨大的天文数字!

并且由于建筑高大,埋入地层的基础深度肯定不宜过小,因此建筑物的基础建造与地基选择将是极限的困难。

2、建筑结构与体型

目前,超高层建筑因高度不一所采用的结构形式也有所差异,但都以筒体结构为主,其中高度较高的超高层一般采用束筒结构,例如:哈利法塔。

那么当建筑高度达到10000米时,依照现在的技术水平也只能采用筒体结构。但又由于之前所说的,水平荷载作用将是考验结构整体的一大难题!它所要求的建筑结构必须具备比一般超高层建筑所采用结构还要大的强度、刚度和稳定性,这也就说明一点结构构件的尺寸会远超现有的超高层结构尺寸。简单来说,假设一般超高层的剪力墙厚度为1米,那么达到10000米的建筑剪力墙厚度可能需要超过10米甚至更多。

因此建筑的可使用空间会大大缩水!不仅如此,现有的技术水平也规定了建筑的高宽比,当高宽比超过一定的上限值时,容易引起建筑的弯矩破坏以及结构失稳。因此当建筑高度达到10000米时,建筑的宽度要达到2000米之多,这也是比较难以实现的。

所以综上所述,单从这一点来看也是不可以的。

结合以上两个关键,笔者个人觉得依照现有的科学技术水平是无法建设如此之高的建筑的!但现如今的科学技术水平正在快速的提升,或许在不久的未来,人类还真的就可以建造出来了呢?!

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人类能盖出1万米高的摩天大楼吗?建筑技术是否有瓶颈?

早期一般10-20层的大楼就会被称为摩天大楼,但到现在通常是指50层以上的大楼!在日本,超过60米的大楼就是摩天大楼,美国则是500英尺(152米),而在中国则一般指100米以上!


人类建造建筑高度有极限吗?

到十九世纪时,无论是东西方,超过6层的建筑仍然比较罕见,其实很简单,因为超高的大楼爬起来实在太麻烦,到了十九世纪中叶,电梯发明后这个情况有些改观,但当时的电梯也仅仅只能提升15米,而且水泵也无法送水到很高的楼顶,因此当时的高层建筑受制于外围配套技术水平!

芝加哥家庭保险大楼

后来这些电梯和高压水泵技术都解决了,建筑物造得越来越高,1884年~1885年间威廉·勒巴隆·詹尼设计建造的芝加哥家庭保险大楼,是业界公认的第一幢摩天大楼,但它只有12层!到了1931年,102层的帝国大厦(381米)在纽约落成,此后40年间它一直雄踞世界第一高楼!

纽约帝国大厦

1974年芝加哥西尔斯大厦竣工,取代纽约世界贸易中心双塔成为第一高楼,此后世界第一高楼的易主速度越来越快,从美洲到亚洲(1998年马来西亚吉隆坡的双峰塔,451.9米),再从亚洲到中东,现在的世界第一高楼是迪拜的哈利法塔,高度828米!

哈利法塔

建造摩天大楼的难点在哪里?

尽管看起来造个房子很简单,但事实上高度增加后大楼的建造难度是指数级增加的,因为高层建筑垂直高度一增加,对建筑技术、材料与结构设计等,将会产生极大的影响,主要包括如下几个方面:


结构框架:很多高层建筑在建造时大家能发现,中心有一个位置建造速度明显高于周围,这就是建筑结构框架的布置,有内核式,中央核心筒的布局模式,或者外核式:双侧外核心筒布局,还有多核式:分散多个外核布局等等,随着建筑物的高度与规模,这些结构会被灵活选用。


材料抗压强度:建筑物越来越高,重压下水泥的抗压强度要求就会极高,比如记录片超级工程中的上海大厦建造中就有一个混凝土抗压强度测试,如果不满足设计压力,那么在未来使用过程中就可能会寿命缩短或者产生大的质量事故,比如产生剪切裂纹等严重事故。


垂直交通设计:采光、节能、易于维护、减少公摊等等都是一个非常大的课题,这些指标很难兼顾,只能是一个妥协的结局,如果做到利益最大化,也是设计师要考虑的重要指标。当然另一个“交通”就是电梯,不过这个通过多级电梯来实现。


强电弱电暖通等安全与稳定:现代大楼的强电弱电布线不亚于一座小城,而且小城大都是水平布线,而大楼的垂直变难度更大,还需要保证安全、快捷便于维护等。


消防覆盖:高层建筑最怕火灾,这一点从世贸大厦双子塔被毁的给大家的印象太深刻了,那钢架结构直接被烧化导致高层塌陷,最终像挂牌一样直接倒地,所以防火太重要了,而高层烟囱效应会让火灾迅速向高层蔓延,从防火到控火,再到耐火都是一个个难题。

主动阻尼技术

地震与侧风影响:这是不可控因素,但可以通过主动防震阻尼予以部分或者全部抵消,比如上海大厦的慧眼系统,这些都是主动防震技术,所有的高层大厦中都会主要的防震结构和各楼层之间的防震措施等。

如果不限制规模,人类最高能造出多高的人工建筑?

上文废了那么多话,相信很多朋友都会提出一个问题,假如不要这些幺蛾子配套设施,就直接堆个大土堆,人类最高能堆出多高的“土堆”?


从一般的理解上来看,这个大土堆的高度似乎不受限制嘛,一直往上堆就可以了,但其实它会受到很多因素的影响,比如泥土的抗压强度,如果中间不设计高强度隔离框架的话,这座山可能会堆出塌方或者泥石流,因此它也必须要有一个钢筋水泥的框架,然后再往上堆高!


《流浪地球》中行星发动机最高大约为11千米高,其实这个高度远远不够,因为喷口还在地球大气层内部,会带走大量空气!但也没法建造再高了,不仅自身重量会压垮自己,比如一座3万米高的山峰,正下方底部所受到的压力为16吨/平方厘米!产生的高温导致的钢材也会受热强度降低!


如果用超高强度的材料就没有极限了吗?其实完全不是,这和地球的结构是有关系的!地球从内到外是内核、地幔、地壳,整个结构就像一个鸡蛋,而地壳就薄薄的一层浮在地球内部的岩浆层上!因此在这层蛋壳上建造建筑物,在解决了各种技术难题之后,还有一个无法逾越的难题,那就是地壳的强度!


所以在地球上的山脉太可能会超过12千米,当年的珠穆朗玛峰据说高度就曾达到12千米,但后来把自身给压垮了,坍塌成了现在的高度(火星重力比地球小很多,所以火星上最高的火山可以达到21千米)!

德国柏林设计的人造山(仅设计,极限高度大约是1千米)

但这种堆土堆的工程量非常大,为保证不塌方,需要堆成圆锥形,一个4千米高度,平均坡度30度,那么底面直径会达到6.92千米,它的体积约为50立方千米,动用全球的力量,估计需要填5-10年,毕竟立方千米的规模实在是太大了!如果高度十千米,角度30度,那么底面直径将是34.64千米,体积将高达3142.6立方千米,估计需要300-600年才能填满!按压裂地壳的极限计算,10千米还是可以接受的,只是人类根本就完不成这样的建筑!

突破极限高度的太空电梯

要突破高度其实也不难,不要让地壳承受太大的力嘛,太空电梯使用一个配重在赤道上空延伸至距离地球约10万千米远的位置,利用地球自转的“离心力”达到平衡,因此在理论上这个建筑物高度将达到10万千米左右!


只是它更像是传送带而不是一个建筑物,但如果这样的太空电梯如果制造出来,那么它的意义将比发明火车还要伟大,它可以让人类大规模到达太空,并将近地轨道作为跳板,到达太阳系适合人类的天体!


当然还有一个脑洞大开的“日行迹塔”,在距离地球5万千米的轨道上设置一颗小行星,再从这颗小行星向地球建造建筑,由上而下,其实和太空电梯差不多,唯一不一样的是它所在的轨道和地球赤道平面有一个角度,因此它的星下点是一个8字形!


无论哪种高层建筑,到3千米以上就需要考虑空气稀薄带来的高山反应等问题,如果到5千米以上大部分人呼吸都会困难,超过8-10千米,可能会面临死亡,所以再往上那就是人类禁区了,必须有空气加压的处理,否则大楼顶部空气稀薄,不适合生存!

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目前地球最高的喜马拉雅山海拔只有8800多米,即使这座高楼在海拔0米的地方建设,建成以后海拔也将轻松超过1万米,如果建成了会发生很多奇怪的意想不到的事情。

1、海拔每升高100米,气温下降0.6度,即使这座1万米的高楼1层地处40摄氏度的热带,1万米海拔的顶楼温度是零下20摄氏度,假如你坐电梯从一楼去顶楼办事,需要随身带着羽绒服,而且要一边坐电梯,一边加衣服,因为1楼40度,顶楼零下20度。等到了冬天,1楼0度,顶楼零下60度。这可比漠河最低温还低,想想都让人受不了。最高气温才零下20度,你让水泥为主的钢筋混凝土怎么形成强度?

2、一般住在平原的人,到了3000米以上海拔的地方都会有不同程度的高原反应,5000米以上更严重,而8800多米的珠穆朗玛峰顶峰更是常人所不能接受的稀薄空气,而现在要在10000米高的顶楼办公?这个疯狂的想法还是打住吧。再者说,10000米高空办公都是问题,那这座10000米的高楼,到了建设最顶端的时候,有什么人能去施工呢?

3、现在摩天大楼最高几百米,等遇到地震,台风时,顶楼都会有1米左右的位移,如果是1万米高的大楼,按比例来算,顶楼位移大概率会达到惊人的十几米甚至几十米,这和摩天轮有啥区别?住在顶层别说办公了,能站稳就不错了。更不要提在十几米甚至几十米摆动位移幅度下,怎么精确施工了。

4、既然这栋楼高达10000米,3米一层,就是3000层,每层住200人,那就是60万人,这么多人需要上上下下,光需要的电梯可能就要上千部,每一部电梯占地面积4平方米,那光上千部电梯占地面积就需要5000平方米(实际可能超过5000平米),大约70米长,70米宽,那这栋大楼还有地方建办公室吗?

5、现在建600多米的摩天大楼就需要最高规格的建筑材料,而一万米高度的大楼可不是600米的简单叠加,对材料的强度寿命要求肯定是呈指数级增长的,但是这种材料目前来看还不存在。

总结来看,人类不仅现在不能建成1万米高的高楼,在可预见的未来也不可能建成,更何况,由于1万米高度存在的种种弊端,人类即使有了该技术,也没有任何理由去建1万米高的摩天大楼。

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以人类目前的技术尤其是有基建狂魔的中国是完全可以盖出1万米高的摩天大楼,但是有技术可能也实现不了,不要说一万米就是几千米以上也可能不好实现,因为大楼的地基承载力可能不允许,即使允许,来一个小小的地震都可能导致大楼晃动,楼层越高晃动时的重心越不稳定很容易坍塌的。如果可以通过这些条件的考研,那能经受高空强对流空气吗?高空强对流空气有可能是十节台风或许还更高,重心不稳不倒都很难咯。

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目前不论是技术还是材料都还不具备盖出万米高的摩天大楼!万米高的摩天大楼的脚下我们可以计算一下,它单位面积的压力有多大。举一个很简单的例子,我们把几块豆腐叠加起来,当豆腐叠加越高时,我们就会发现,位于底层的豆腐,就承受不了上面的压力而变形破坏。同样的道理,我们的建筑材料,也具有同样的特性。另外,建筑物越高,它的重心也就越高,稳定性也就越差。即使建成了万米高的建筑物,底层的建筑材料不会超过承受的压力而变形损坏,那么万米高的建筑物,也会因地震、台风等自然灾害带来巨大灾难的风险,导致万米高的建筑物倾倒、连根拔起、或者夭折。故万米高的建筑物存在诸多危险因素不能建造。

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可以实现,但不是现在!!!

如果不计成本,全球合力来建筑,是有可能完成的。不过工程过于巨大,最最主要的原因是“没什么卵用”…

世界上最高的建筑物是沙特阿拉伯的《王国塔》,人类首例破千米的建筑物,预计投入将在300亿美元。不过没竣工暂且不提…再一个,在王国塔的设计基础上,无法让它增加层数而达到万米高度,地表承重面积过小,已到压力极限。

地球上已竣工并投入使用的最高建筑物(第二高)是迪拜的《哈利法塔》,又称《迪拜大厦》或《比斯迪拜塔》。

塔高828米,层数为162层,造价15亿美元左右。大厦本身材料费用将近10亿美元…混凝土33万立方米,6.2万吨强化钢筋,14.2万平方米的玻璃,就这些材料都有多重了?还不算装修完跟人员进入…可想而知地表承重要怎样处理…

如果建造万米高度,那占地面积肯定要广,我们看一看哈利法塔的结构:

如果以此模型为基础不计成本的往上建,那么地表地基需要无限扩充,并且承重结构已不是钢筋混凝土可以胜任的了的了!需要航空材料、碳结构等特殊材料…造价都是天文数字。

平均5米一层,一万米就是两千层左右。哈利法塔占地面积是14.2万平方米,那么建造万米占地面积最少要200万平方米,也就是2平方公里…什么概念???如果设计材料过重,可能占地面积还要增加,其实最好的形状还得是三角形建筑,但不会像金字塔那样大的底座。

每百层最少要有个“阻尼器”,遇恶劣天气摇拍幅度得达到近百米…其电力、水利、冷暖空调、氧气供给和废物排放等等都得从新研究应用!防灾与维护,上下楼与紧急撤离…

我想光靠电梯已经无法满足升降需求了,上楼坐电梯一个小时?需要直升机或者特殊的升降系统…

另外,那么高的海拔,气压是大问题…即使克服气压、氧气跟供暖了,长期上下楼我估计任何人心肺功能都受不了。需要在上面长期居住…

关键是你在上面干嘛呀?

你建那么高楼干嘛呀?

景色再美,时间长了也麻木!!!

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人类的智慧是非常了不起的,但人类的智慧是建立在自然的物质基础上的,凭本人估计,人类要想建5000层高的楼房应该说可能性不大。可以从以下几个方面分析:

1、所谓5000层,即使按2米高度一层,那么5000层总高度已经超过10000米。如果层高小于2.0米的话,那就不能称之为“楼房”,不适于人的起居、生活等等。

2、到目前为止由自然力形成的最大高度只有8844米。而且,这个海拔高度,是建立在50多万平方公里,周围平均海拔3000多米,有140多个7000米以上山峰的“世界屋脊”之巅。

3、建筑材料不具备“建造10000米以上建筑物”的物质条件。人类虽然发现并制造出了很多高强材料,但能用于建造这么“大体量”的建筑物,是否需要把地球上所有能用于“该楼房”的物质全部都收集起来,集中“堆放”到“地球的这么一个部位”。如果这样,势必形成地球自然构造的不平衡。

4、人类的“适存”因素,不具备“建造10000米以上建筑物”的条件。大家都知道飞机的正常飞行高度大约在10000米左右,但人在飞机中的生存空间是一个“人造空间”。一般登过山在的人都知道,人在登山过程中,到达1000米以上时,就开始产生“耳膜闭塞”效应。正常生活在海拔5000米左右的人群与普通人群的体格状况和体质条件是不同的。因此说10000米以上的高空不是人类的“适宜生存”空间。应该说更谈不上建造过程的人体条件是否具备。

5、本来就不是人类的“适存”空间,而想人类建造这幢5000层高的“楼房”,那就应该是没有必要性。缺失了必要性的事情,那就失去其可能性。

等等,理由很多,不能在短短的网上几句话就能说完。但有一定可以肯定:人类在自己的“适存”空间里建造“能够脱离地球”的“遥远飞行器”那是“没完没了”的,飞出“银河系”都有可能!但要建造,固定于地球地面上的,5000层以上的楼房,几乎没有可能性。

望采纳,谢谢

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这是个好问题。以前我也在想能不能做一根绳子,一端固定在月球,一端固定在地球。至今地球还没被打通,最深的是前苏联挖的坑,忘了是几千米了。

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如果没有这种需求,就没有这种突破,

地球上我们已知的物体最高高度是珠穆朗玛峰,8846米。极少的人可以征服这个高度,在这个高度上空气稀薄,温度变化大,风速大,建筑万米的大厦,具有不可预料的困难。

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做工程,“需要”和“可能”总是连在一起的。把这两者割裂开来的提问,就不是有现实意义的问题,不过是练嘴皮子的玩笑。

造1万米高的摩天大楼,那七八千米以上的房间谁来买?一天到晚忙于保暖、防治高山病......吃饱了撑的?只是为了一个响亮的“说法”——1万米高的摩天大楼,无谓地付出大量成本、承担各种投资风险,没有一个头脑清醒的人会去图那个虚名。